杨振宁的最后一战,没那么简单

2019-12-10 14:51:00 | 来源: | 参与: 0

  最近,一篇名为《杨振宁的最后一战:www.cnqiang.com/2019/12/53815.shtml》的文章刷屏朋友圈。中国应不应该花费数百亿建“环形正负电子对撞机”,成为了萦绕在大家心头的“天问”。说句实在话,“环形正负电子对撞机”还真是想回答“天问”的——“遂古之初,谁传道之?上下未形,何由考之?”如果屈原还在,也许真是一位支持者。

  用物理学的话说,“天问”相当于“追问终极理论”。20世纪中叶以来,追问终极理论的“天命”落在了高能物理学家的手里。但是,和过去搞高能物理演算费纸不一样,现在搞,费钱。

  对于我们来说,理解物理学家之间的争论,跟理解“神仙打架”差不多,还要迈过三座大山:什么是终极理论?为什么要通过“超对称”“弦理论”和对撞机来追求它?花360亿人民币造“环形正负电子对撞机”,能干些啥?

  同时,必须指出的是,仅仅用两个划分出的对立的派别、个人利益的计算和“结盟”、以及大量想当然的“细节”,来阐释绵延数十年的科学争议、物理问题,是需要我们清醒地打上一个问号的。

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  “有律在,必须发现它”

  1902年,美国实验物理学家Albert Michelson说过一句名言:“从众多表面相隔遥远的思想领域出发的路线会聚到……一片共同的土地上来的日子,不会太远了。”

  这是19世纪末、20世纪初物理学界的普遍心态。1875年,普朗克走进慕尼黑大学时,物理学教授Philip Jolly劝他别学自然科学,因为没什么东西可发现了。密利根也回忆过:“1894年,我住在64号大街一座5层的公寓,室友是4个哥伦比亚大学的研究生,一个学医,另外三个学政治学和社会学,我总被他们嘲笑学的是‘到头了的’物理学科。”

  也不是乐观,而是因为大家都绝望了:牛顿和他的追随者,不可能解决所有科学的问题。那么化学的归化学,物理的归物理,反正不可能存在一个“包打天下”的终极理论。

  爱因斯坦是那种明确追求终极理论的科学家。他的传记作者说他是“典型的旧约人物,抱着耶和华式的态度——有律在,必须发现它。”爱因斯坦生命的最后30年几乎全部献给了统一场论,但是,这个统一麦克斯韦电磁论和广义相对论的理论,失败了。

  爱因斯坦拒绝了“量子力学”。而20世纪20年代中期出现的量子力学,则是17世纪现代物理学诞生以来最深刻的革命,它给物理学家带来了终极理论的模模糊糊的影子。

  对牛顿和追随者来说,物理学需要提供一个数学计算器,让物理学家能够根据任何系统的粒子在某一时刻的位置和速度的数值,去计算它们在未来某一时刻的数值。但是,量子力学引入的是新的描述方法,波函数只告诉人们粒子的可能位置、速度的几率。

  高能物理也叫粒子物理,主要研究的就是比原子核更深层次的微观世界中物质的结构性质;以及在很高的能量下,这些物质相互转化的现象,产生这些现象的原因和规律。

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  图源:中科院高能所

  如果组成物质的最基本单位——粒子的规律搞清楚了,离“终极理论”也就真的不远了。但是,20世纪70年代末以来,高能物理学家都是垂头丧气的:标准模型的bug有点多。

  首先,标准模型描述了电磁力和强弱力,却没有一个最出名的力——引力。不是高能物理学家故意不加它,而是在模型里描述引力,数学障碍翻不过去。其次,强力在模型里的存在特别“违和”。第三,电磁力和弱力存在很明显的区别,但是没人知道怎么产生的。最后,这个标准模型只是根据实验得出来的,很多特征显得很“随意”,看上去都推翻了也问题不大。

  标准模型的所有问题,多多少少都关联着一个现象——“自发对称性破缺”。

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